MICROCLIMATIC, PHYSIOLOGICAL AND PRODUCTIVE EFFECT OF THE OVERCANOPY IRRIGATION MANAGEMENT IN AN APPLE ORCHARD - CRPV
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MICROCLIMATIC, PHYSIOLOGICAL AND PRODUCTIVE EFFECT OF THE
OVERCANOPY IRRIGATION MANAGEMENT IN AN APPLE ORCHARD
IRRIGAZIONE CLIMATIZZANTE SU MELO: STUDIO DEGLI EFFETTI
MICROCLIMATICI, FISIOLOGICI E PRODUTTIVI
Luigi Manfrini1*, Giacomo Gatti1, Domenico Solimando2, Tommaso Letterio2, Brunella Morandi1, Luca Corelli
Grappadelli1, Gianmarco Bortolotti1, Slaven Tadiü1, Federica Rossi3, Osvaldo Facini3, Camilla Chieco3,
M. Gerin4 e Stefano Anconelli2
1
DISTAL - Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari, Università di Bologna, V. le Fanin 44, 40127 Bologna (BO)
2
CER-Canale Emiliano Romagnolo, Via Masi 8, 40137, Bologna (BO)
3
CNR-IBIMET - Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Gobetti 111, 40129, Bologna (BO)
4
Società Agricola Vivai Mazzoni, Via del Mare 4, 44039 Tresigallo (FE)
* luigi.manfrini@unibo.it
Abstract
To test the efficacy and sustainability of evaporative cooling, four blocks of a commercial Fuji Apple orchard in Medelana
(Ferrara, Italy) were subjected to two irrigation regimes: drip irrigation alone (DRI) or, between July and August (the hottest
period of the year), supplemented by overcanopy irrigation (OCI). Stem/leaf water potential, leaf gas exchange and leaf
fluorescence measurements where performed the day before, soon after and the day after OCI, twice along the growing
season. Daily fruit growth, leaf and fruit temperature and microclimatic parameters within the blocks where monitored for
the entire experiment. No difference was found in leaf/stem water potentials, leaf fluorescence or leaf gas exchanges the day
prior and after OCI. Photosynthesis, transpiration and stomatal conductance were improved on the OCI day. Also, fruit
growth increased only on the OCI day, with higher rates all day long, but no further effects in the following days. Leaf, fruit
temperature and microclimatic measurements within the blocks were only affected during OCI. Yield data show no
difference between the two irrigation regimes. OCI in the environment tested affects tree performance only during
application and a few hours afterwards. This management practice reduces water use efficiency resulting in more water
applied per ton of fruit, likely a result related to the hot and humid climate of the Ferrara province.
Parole chiave
Fisiologia della pianta e del frutto, Irrigazione soprachioma, melo
Keywords
Tree and fruit physiology, overcanopy irrigation, apple
Introduzione taluni casi, all’ eccessiva compattezza del terreno (e
Negli ultimi anni, in seguito al cambiamento climatico in aumento della salinità in presenza di fertirrigazione) nella
atto, le stagioni irrigue sono state spesso pesantemente zona umettata con la micro-irrigazione.
condizionate da situazioni meteorologiche estremamente Molti hanno raddoppiato le linee microirrigue, altri hanno
calde e siccitose, che hanno in parte compromesso le adottato irrigatori semoventi (rotoloni), o impianti fissi a
produzioni del settore frutticolo, specie quelle sostenute da pioggia, ma senza corretti criteri di intervento, con un
impianti irrigui a goccia inadeguati, con notevoli riduzioni conseguente uso poco efficiente dell’acqua di irrigazione.
di resa dovute a “colpi di calore”, e quindi a scarsa Alle luce delle crescenti difficoltà che incontrano gli
pezzatura e conservabilità dei frutti. I valori di agricoltori del comparto frutticolo, si è costituito un Gruppo
evapotraspirazione hanno spesso superato i 6-7 mm/giorno, Operativo (GO) finanziato dalla misura 16 del PSR 2014-
rispetto ai 4-5 mm del decennio precedente, con la 2020 della regione Emilia-Romagna, con l’obiettivo
conseguente necessità di un aumento dei volumi irrigui generale di razionalizzare i sistemi irrigui sulle colture
stagionali. arboree, come adattamento ai cambiamenti climatici,
Gli impianti microirrigui dimensionati per le esigenze affrontando tra gli altri il tema del contrasto alle ondate di
irrigue del passato, potrebbero perciò risultare insufficienti calore, per mettere a punto le soluzioni più sostenibili per
a compensare gli attuali picchi di evaporato giornaliero: la gli impianti climatizzanti, in grado di garantire prodotti di
parziale restituzione dei consumi, specie nel bimestre qualità con il minor impiego e l’efficientamento dell’acqua
luglio-agosto, nel quale si registra il massimo irrigua.
accrescimento dei frutti, può dunque portare ad un prodotto Il problema della climatizzazione dei frutteti con impianti
di scarsa pezzatura. irrigui soprachioma è stato affrontato in una attività
Per contrastare le ondate di calore si è assistito spesso ad un finalizzata ad una verifica a pieno campo dell’uso razionale
uso improprio degli impianti irrigui: la prolungata assenza dell’impianto climatizzante nei frutteti.
di precipitazioni e la necessità di continui apporti irrigui Punto fondamentale sono i tre possibili approcci per ridurre
localizzati con l’irrigazione a goccia, può provocare, in la temperatura ambientale nel frutteto: i) climatizzazione
tramite convezione (o convective cooling): si ottiene direzione aziendale sulla base delle indicazioni del bilancio
tramite la dispersione all’interno del frutteto di minuscole idrico di Irriframe del CER. Nel corso della stagione
gocce di acqua (nebbiolina) cosiddetta fogging system; l’impianto di irrigazione sovrachioma è stato attivato undici
queste, trovandosi soggette sia alla radiazione solare che volte, ogniqualvolta le temperature giornaliere hanno
alla temperatura dell’aria, sottrarranno calore all’atmosfera superato per alcuni giorni la soglia dei 33°C, con volumi di
passando allo stato gassoso e abbassandone la temperatura; intervento variabili da 18 a 45 mm (da 4 fino a 10 ore di
ii) climatizzazione tramite dilavamento (hydro cooling): si durata, da metà mattina in poi). I volumi irrigui stagionali
ottiene disperdendo l’acqua direttamente sulla pianta sono stati di 383,5 mm per il controllo non climatizzato e di
tramite irrigazione sovrachioma; non avviene alcun 458,1 con il doppio impianto (ala gocciolante e irrigazione
passaggio di stato ma l’acqua allo stato liquido a contatto climatizzante sovrachioma).
con la vegetazione è comunque in grado di sottrarre calore Ogni parcella ha ospitato quattro campioni, rappresentati da
innalzando la propria temperatura prima di cadere al suolo; una pianta ciascuno. All’interno di ogni parcella sono stati
iii) climatizzazione tramite evaporazione (evaporative posizionati, a differenti altezze all’interno della chioma (50
cooling): si ottiene tramite la dispersione di acqua sulla cm, 150 cm, 250 cm dal suolo), tre termo-igrometri in
vegetazione; a differenza del sistema precedente l’acqua grado di rilevare i valori di temperatura e umidità mentre
sottrae calore sensibile dalla pianta per passare dallo stato una centralina posizionata al di fuori del frutteto è stata
liquido a quello gassoso (calore latente). impiegata per registrare i dati ambientali relativi a
La climatizzazione del frutteto tramite la dispersione di temperatura, umidità, irraggiamento, velocità e direzione
acqua sfrutta, una combinazione di questi tre processi dei del vento e pluviometria. All’interno di ogni campione sono
quali, spesso, solo uno è quello dominante a seconda dei stati identificati due frutti e su di essi montati dispositivi di
sistemi impiegati. monitoraggio in continuo del diametro, per un totale di otto
frutti monitorati per parcella. Inoltre, il gruppo CNR-
Materiali e Metodi IBIMET ha monitorato, in continuo nel corso della stagione
La prova è stata svolta nel corso dell’estate 2017 a vegetativa, le temperature di foglie e frutti (Fig. 2A e 2B)
Medelana (Fe) all’interno della azienda agricola “La appartenenti ai medesimi campioni tramite l’installazione di
Giorgia” (gruppo Mazzoni), un frutteto commerciale termocoppie (poste sia su frutti e foglie esposti ad est che
composto da meli di varietà fuji “Fujico”, impiantato nel ad ovest) collegate a centraline di registrazione. I dati
2015, con densità 3,5 x 1,2 m ed allevato a Bibaum®. ambientali rilevati dalla centralina meteo, quelli
L’impianto è dotato di un doppio sistema di irrigazione: il microclimatici provenienti dai termo-igrometri e quelli
primo, per gli interventi ordinari, è ad ala gocciolante con relativi alle variazioni in diametro dei frutti sono stati
emitters posizionati a 40 cm l’uno dall’altro sulla fila salvati automaticamente ed immessi online tramite un
(portata: 1,6 mm/h); il secondo, per interventi straordinari, sistema Wi-Net (Wi-Net s.r.l., Cesena, Italia).
finalizzati all’irrigazione antigelo invernale ed a quella
climatizzante estiva, è ad aspersione sovrachioma con
densità di impianto 16,8 x 17,5 m (portata 4,5 mm/h).
L’intero impianto è coperto da rete antigrandine di colore
nero con coefficiente di ombreggiamento del 20%.
Relativamente alle prove ecofisiologiche (potenziale idrico,
scambi gassosi, microclima, crescita del frutto, temperatura
fogliare e dei frutti) all’interno del frutteto sono state
individuate due parcelle appartenenti allo stesso filare
posizionate a congrua distanza: la prima irrigata
sovrachioma e ad ala gocciolante, mentre la seconda
unicamente ad ala gocciolante. Per ovviare all’evidente
potenziale disparità di volume irriguo tra i due trattamenti,
al controllo è stata aggiunta una seconda ala gocciolante. Il
volume irriguo settimanale per la parcella “tesi”,
considerati due ipotetici interventi climatizzanti, è di 30
mm mentre per il “controllo” di 21 mm; una riduzione del
30% per la parcella “controllo” rispetto alla parcella “tesi” è
stata apportata in quanto l’acqua aspersa sovrachioma non è Figura 2. Particolare delle termocoppie poste su frutto (A),
in toto disponibile per le radici. su foglia (B), dello strumento di misura degli scambi
Per quanto riguarda le prove inerenti alla produzione ed alla gassosi fogliari (C) e del sensore di misura precisa di
qualità, all’interno delle due parcelle sopracitate sono state crescita del frutto (D).
individuate due sub-parcelle composte da tre campioni (tre Figure 2. Detail of the thermocouples placed on fruit (A),
piante) ciascuna per un totale di quattro sub-parcelle. on leaf (B), of the leaf gas exchange instrument (C) and of
La cadenza degli interventi climatizzanti, la loro durata e the fruit gauge sensor (D).
l’orario di attivazione dell’impianto sono stati decisi dallaQuesto è costituito da un nodo coordinatore, al quale è Le variabili microclimatiche, essendo presente solo una
collegata la centralina meteo, in grado di ricevere i dati dai ripetizione per ogni trattamento sono state valutate
due nodi sottoposti (uno per ogni parcella) e di renderli attraverso le correlazioni tra i differenti trattamenti
disponibili ad un indirizzo dedicato tramite connessione valutandone le variazioni visivamente attraverso raffronti in
GPRS. grafici.
Nel corso di cinque giornate sono state effettuati I dati di scambi gassosi a livello fogliare, i potenziali idrici i
rilevamenti aggiuntivi relativi allo status idrico dei dati produttivi e qualitativi sono stati sottoposti ad
campioni nelle diverse parcelle e agli scambi gassosi. Il un’analisi ANOVA ad una via con Į= 0.05. È stato inoltre
primo di questi (11 luglio 2017) è servito per identificare effettuato un test SNK per la separazione delle medie.
eventuali difformità tra le due parcelle in assenza di
trattamenti climatizzanti mentre gli altri quattro (20 e 21 Risultati e Discussione
luglio, 9 e 10 agosto) per monitorare le differenze in termini Le attività sono state svolte nell’estate 2017, caratterizzata
di status idrico e di scambi gassosi tra le parcelle un’ora da un trimestre giugno-agosto con pochissimi eventi
dopo (20 luglio e 9 agosto) ed il giorno successivo (21 piovosi (meno di 70 mm complessivi di precipitazioni), con
luglio e 10 agosto) rispetto alla fine dell’intervento valori di evaporazione giornaliera intorno ai 6 mm/giorno,
climatizzante. con punte fino a 7-8 (Fig. 1).
Alla raccolta, parametri qualitativi quali la resa e la MELO - Andamento meteo e irrigazioni 2017
presenza di danni da sunburn sono stati raccolti dal gruppo 50 10
piogge (mm)
tecnico dell’azienda Mazzoni mentre la colorazione è stata 45 Irrigazioni climatizzato (mm)
irrigazioni Test (mm)
9
Eto (mm)
valutata successivamente all’interno dei laboratori della 40 8
piogge/irrigazioni (mm)
Scuola di Agraria e Medicina Veterinaria presso Cadriano 35 7
ETo (mm/giorno)
30 6
(Bologna). 25 5
La rilevazione delle variazioni in diametro dei frutti è stata 20 4
svolta grazie all’impiego dello strumento proposto da 15 3
Morandi, et al. (2007). Tale dispositivo, simile ad un 10 2
calibro, può essere applicato al frutto senza causarne il 5 1
0 0
distacco ed è in grado di misurarne le variazioni in
13/4
19/4
25/4
13/5
19/5
25/5
31/5
12/6
18/6
24/6
30/6
12/7
18/7
24/7
30/7
11/8
17/8
23/8
29/8
10/9
16/9
22/9
28/9
1/4
7/4
1/5
7/5
6/6
6/7
5/8
4/9
diametro, in continuo, dalla allegagione alla raccolta. Nel
Figura 1. Piogge, evapotraspirazione giornaliera e
corso della prova sono stati monitorati due frutti per
irrigazioni nel meleto.
campione per un totale di otto frutti per il controllo e
Figure 1. Apple orchard rainfall, daily evapotranspiration
altrettanti per la tesi (Fig. 2D).
and irrigation.
La rilevazione degli scambi gassosi fogliari è stata
effettuata tramite un LI-COR 6400 (LI-COR, Lincoln, NE,
USA, Fig. 2E). Nel corso della sperimentazione, in ogni Le temperature massime giornaliere hanno spesso superato
giornata è stata analizzata una foglia adulta per ogni i 35 °C per diverse giornate consecutive nelle mensilità di
campione (la quinta dall’apice vegetativo nel germoglio luglio e agosto; il sistema di irrigazione soprachioma è stato
dell’anno) e sono state osservate le seguenti impostazioni: pertanto attivato 11 volte lungo la stagione produttiva,
i) flusso d’aria: 300 mol (aria) s-1; ii) concentrazione CO2: quando le temperature giornaliere hanno superato per alcuni
400 ppm; iii) umidità all’interno della camera di
rilevamento pari a quella ambientale; iv) Irradianza dei
LED (PAR espressa in PPFD): 1600 µmol m2 s-1.
Lo status idrico delle piante sottoposte ai due differenti
trattamenti (controllo e tesi) è stato rilevato tramite una
camera a pressione di Scholander (Soil Moisture Equipment
Corp., Santa Barbara, USA). L’analisi dello status idrico
delle piante si è basata sulla misura del potenziale fogliare
(relativo a foglie attive, adulte e ben esposte alla luce) e del
potenziale del fusto (relativo a foglie interne alla chioma, in
prossimità del fusto o della branca principale, poste in Figura 3. Andamento delle temperature e dell’umidità
equilibrio con esso, come precedentemente descritto, per 45 relativa dell’aria misurate nella zona climatizzata, nel
minuti prima della rilevazione). Per ogni campione (5 per controllo e all’esterno del meleto nelle 24 ore del giorno
trattamento) è stato raccolto un dato di potenziale fogliare precedente, del giorno dell’irrigazione e in quello
ed un dato di potenziale del fusto per ogni giornata di successivo al trattamento climatizzante soprachioma.
analisi. Figure 3. Temperature and relative humidity trend of the
L’analisi relativa alla colorazione dei frutti e finalizzata alla air measured in the overcanopy treatment, in the control
successiva comparazione fra controllo e tesi è stata and outside of the apple orchard in the 24 hours of the
effettuata grazie all’impiego di un Minolta Chroma Meter previous day, of the day of irrigation and in the one after
(CR-400, Minolta, Ramsey, USA). the overcanopy treatment.giorni consecutivi la soglia dei 33°C (Fig. 1), con volumi di - è stato verificato che la climatizzazione porta ad un
intervento variabili da 18 a 45 mm (da 4 fino a 10 ore di cambiamento microclimatico, con un calo di temperatura e
durata). aumento di umidità dell’aria (Fig. 3), che favorisce una
I volumi irrigui stagionali sono stati pari a 383.5 mm a maggior attività fotosintetica non statisticamente
goccia per il controllo non climatizzato e 458.1 con il significativa e un maggior accrescimento del frutto nel
doppio impianto. Complessivamente il trattamento periodo corrispondente all’intervento irriguo (Fig. 5).
climatizzate ha ricevuto il 19.5% in più di volumi irrigui - l’effetto della climatizzazione risulta essere tuttavia
stagionali rispetto al controllo irrigati solo a goccia. limitato nel tempo e grosse variazioni delle temperature
Le centraline di registrazione dati dotate di sensori delle foglie e dei frutti sono state verificate nella sola
(termocoppie) per il monitoraggio degli andamenti di giornata dell’intervento, protraendosi al massimo per alcune
temperatura delle foglie (Fig. 2A) e dei frutti (Fig. 2B) per ore dopo la fine dell’irrigazione (fig. 4); le termocoppie
l’intera stagione produttiva consentendo di monitorare posizionate sui frutti e sulle foglie infatti non evidenziano,
prima, durante e dopo l’effetto dell’intervento irriguo in condizioni di giornate molto similari (sommatoria
climatizzante. termica pressoché uguale) alcuna differenza nell’andamento
Allo stesso modo sono state contemporaneamente giornaliero precedente e successivo all’intervento irriguo
monitorati gli andamenti di temperatura e umidità soprachioma. Solo per la crescita del frutto si individuano
ambientali, l’accrescimento dei frutti (fig. 2C), gli scambi effetti residui positivi ma non prolungati (fig. 5), come
gassosi fogliari ed i potenziali idrici al fine di valutare gli dimostrano le produzioni a fine stagione (Tab. 1) dove i
eventuali effetti positivi e la loro durata sulle performance trattamenti irrigati soprachioma non si discostano dal
fotosintetiche della chioma e di crescita dei frutti. Alla controllo non climatizzato. Si osserva però una riduzione
raccolta è stato valutato dal gruppo tecnico dell’azienda dei fenomeni di eccessi di calore nel melo, dove i
Mazzoni l’effetto del metodo irriguo sulla produttività e, quantitativi di frutti con presenza di scottature risultano
per la specie melo, alcuni parametri relativi alla qualità dei inferiori nella tesi climatizzata, ma nessun effetto
frutti (Tab. 1). significativo sulla colorazione dei frutti (Tab. 1).
- gli incrementi dei volumi irrigui restituiti nei trattamenti
Tabella 1. Produzione e parametri qualitativi valutati nel climatizzati non hanno indotto incrementi di produzione. La
meleto commerciale di Medelana (Az. Mazzoni). a pezzatura media nel controllo è risultata inferiore, ma in
Table 1. Production and qualitative parameters assessed in misura statisticamente non significativa (Tab. 1).
the commercial apple orchard of Medelana (Az. Mazzoni). - il tasso di crescita del frutto, per meccanismi ancora da
Numero Pezzatur Prima Cat.
chiarire completamente, risulta molto incrementata non
Produzione Scolorito Assolato
Melo frutti
pianta
a media
(g)
(t/ha)
(Non è stata inoltre evidenziata alcuna differenza statistica tecnica interessante per favorire la produzione in zone
sia nelle misure dei potenziali idrici del fusto che degli caldo-aride (Evans, 1993; Lakatos, 2016). I primi risultati
scambi gassosi. È comunque opportuno sottolineare che nel sembrerebbero mostrare che nell’areale ferrarese, con clima
giorno della climatizzazione le piante di controllo, sebbene è caldo-umido (di notte l’umidità dell’aria è spesso vicina al
in misura non statisticamente differente, ha evidenziato 100% aiutando il riequilibrio dello stato idrico delle piante,
valori di fotosintesi in media più ridotta. es. Fig. 3), questa tecnica risulta una pratica meno
sostenibile, sia in termini economici sia di risparmio idrico.
Sulla base dei risultati del progetto verranno redatte le
“Linee Guida per la Climatizzazione dei Frutteti”
(temperature di allarme, corretto timing delle irrigazioni in
funzione delle tipologie di irrigatori impiegati, tipologie più
efficaci nel raffreddamento degli organi della pianta).
Bibliografia
Morandi, B. et al., 2007. A Low-cost Device for Accurate
and Continuous Measurements of Fruit Diameter.
Figura 5. Rappresentazione della crescita del frutto American Society for Horticultural Science, pp. 1380-
(grammi accumulati per ora) ed andamento dell'umidità 1382.
relativa nelle 24 ore nel giorno precedente, del giorno Evans, R.G., 1993. Over tree evaporative cooling system
dell’irrigazione e in quello successivo al trattamento design and operation for apples in the PNW. Good Fruit
climatizzante soprachioma. Grow. Yakima, WA 44, 23–27.
Figure 5. Representation of the fruit growth (grams Lakatos, L. 2016. The role of water in microclimate
accumulated per hour) and relative humidity trend in the 24 manipulation in orchards. Aerul úi Apa: Componente ale
hours on the previous day, of the day of irrigation and in Mediului, (8), 416-423.
the one after the overcanopy treatment.
Ringraziamenti
Conclusioni “Iniziativa realizzata nell’ambito del Programma regionale
L’attività sperimentale di campo verrà replicata anche nella di sviluppo rurale 2014-2020 – Tipo di operazione 16.1.01 -
stagione 2018 al fine di meglio comprendere i meccanismi Gruppi operativi del partenariato europeo per
fisiologici e produttivi di adattamento alla tecnica irrigua di l’innovazione: “produttività e sostenibilità dell'agricoltura”
climatizzazione soprachioma. Tale pratica non ha, infatti, – Focus Area 5A. – Progetto 5004775 “Razionalizzazione
per ora chiarito alcuni aspetti legati alle rese e alla qualità dei sistemi irrigui sulle colture arboree in risposta ai
delle produzioni, restituendo risultati non del tutto cambiamenti climatici”.
soddisfacenti, pur con una stagione 2017 particolarmente
critica. L’irrigazione climatizzante soprachioma sembra unaPuoi anche leggere
